Prohlížíte si webovou stránku pro zákazníky z: Czech Republic. Na základě údajů o poloze doporučená verze stránek pro Vás je USA / US

Váš prohlížeč již není podporován, stáhněte si novou verzi

Panel zákazníka
Váš košík

Lithiové, alkalické, stříbrné a jiné baterie (články) - jaké jsou druhy a typy baterií?

2020-07-06

Lithiové, alkalické, stříbrné a jiné baterie (články) - jaké jsou druhy a typy baterií?

Konstruktérem „baterií“ ,které používáme dodnes, je francouzský inženýr Georges Leclanché, který svůj článek (jak zní jeho správný název) sestrojil v roce 1866. Tento článek však nesmíme zaměňovat s dobíjecími bateriemi, které jsou k dispozici ve stejných velikostech a jejichž provozní princip je odlišný (rozdíl mezi bateriemi a akumulátory bude vysvětlen na konci článku). Protože byla taková potřeba, původní Leclanchého článek se jmenovitým napětím asi 1,5 V byla používán k napájení telegrafů, zvonků a prvních telefonních aparátů. V současné době se tyto baterie po více než 150 letech používají k napájení malých elektrických zařízení, tj. hraček, rádií, hudebních přehrávačů, baterek a dalších. Kromě toho se v běžně používaných zařízeních stále častěji používají články na bázi lithia.

Lithiové, alkalické, stříbrné a jiné baterie (články) - jaké jsou druhy a typy baterií?

Různorodost napájených zařízení klade na články různé požadavky, pokud jde o kapacitu, napětí nebo zkratový proud. To se odráží v jejich rozměrech a tvaru, a také ve struktuře a typu použitého elektrodového materiálu či použitého elektrolytu. Jaký je rozdíl mezi jednotlivými bateriemi a jak je správně používat?

Zinko-uhlíkové články

Nevýhodou původního Leclanchéova článku bylo použití tekutého elektrolytu. Skládal se z nádoby, ve které byla umístěna zinková elektroda a nádobka z porézního materiálu. Sem byl nasypán vlhký práškový oxid manganičitý smíchaný s grafitovým prachem a do něj byla vložena grafitová tyč. Vnější nádoba byla naplněna koncentrovaným roztokem chloridu amonného. Oxid manganičitý sloužil jako depolarizátor grafitové elektrody cestou absorbce vylučovaného vodíku. Jinak by ji plyn akumulující se na povrchu uhlíkové tyčinky izoloval od zbytku elektrolytu a přerušoval tok elektrické energie.

Velký vliv na pohodlí používání tohoto zdroje energie mělo zkonstruování suché verze článku. To provedl v Německu roku 1887 Carl Gassner, který nahradil tekutý roztok chloridu amonného směsí této soli s vlhkým sádrovým prachem (dnes se obvykle používá škrobová kaše nebo silikagel).

Za více než 150 let své kariéry Leclanchéův článek (jinak řečeno zinková baterie) prošel mnoha úpravami zaměřenými na zvýšení trvanlivosti a kapacity. Jedním ze způsobů, jak prodloužit životnost, je přidat do zinkové plnicí pasty chlorid zinečnatý - tyto články se nazývají Heavy Duty a jsou určeny k napájení náročnějších zařízení. Je třeba mít na paměti, že chlorid amonný je sůl slabé zásady a silné kyseliny, a proto hydrolyzuje a vytváří kyselou reakci roztoku, který vyplňuje článek. V takovém prostředí je zinek neustále rozleptáván, i když ze systému nečerpáme elektrickou energii. Pro potlačení tohoto jevu se používají různé techniky k minimalizaci spotřeby kovu při nečinnosti baterie. Jedním z nich je amalgamace, tj. pokrytí vnitřního povrchu zinkového kelímku rtutí. Rtuť tvoří roztok se zinkem a zinkový amalgám prakticky nereaguje s kyselinami, ale zachovává všechny elektrochemické vlastnosti čistého kovu. Z důvodu ochrany životního prostředí je tento způsob zvyšování životnosti buněk používán stále méně (na článcích bez rtuti je nápis „0 % rtuti“ nebo „bez rtuti“). Moderní zinko-uhlíkové baterie mají teoretickou hustotu energie 40 až 70 Wh/kg. Rozsah provozních teplot je -10...+50 °C. Životnost zinko-uhlíkových baterií je asi 2 roky.

Podívejte se na nejpopulárnější zinkové články v nabídce TME!


„Vyteklé baterie“

Při používání zinko-uhlíkových článků je nezapomeňte po vyčerpání ze zařízení z důvodu možného úniku elektrolytu vyndat. Ten způsobuje korozi a může poškodit zařízení.

Alkalické baterie od společnosti Energizer

Mílovým krokem v oblasti jednorázových baterií byl rok 1955 a zkonstruování alkalického článku kanadským inženýrem Lewisem Frederickem Urrym, zaměstnancem společnosti, která se dnes jmenuje Energizer. V jeho článku není žádná grafitová katoda ani zinkový kalíšek. Obě elektrody jsou vlhké, navzájem oddělené pasty. Směs oxidu manganičitého a grafitu působí jako katoda, zatímco anoda je vyrobena ze zinkového prachu smíchaného s hydroxidem draselným. Obě směsi jsou navíc doplněny zahušťovacími látkami. Z kovu jsou vyrobeny pouze pólové výstupy.

Alkalické články se vyznačují mnohem lepším výkonem, ale především vyšší proudovou zatížitelností a zvýšenou životností. Mají také vyšší energetickou hustotu, která se teoreticky pohybuje v rozmezí od 80 do 100 Wh/kg, a širší rozsah provozních teplot, který se pohybuje v rozmezí -30...+70 °C. Životnost baterie tohoto typu je 5 až 7 let. K označení alkalických článků se používá písmeno L, například obyčejný článek R6 (hovorově nazývaný tužkový“) se v alkalické verzi označuje LR6.

Podívejte se na nejpopulárnější alkalické články v nabídce TME!


Lithium-manganové baterie

Lithiové baterie, např. lithiové baterie AA, jsou ve skutečnosti lithium- manganové baterie. Jejich jmenovité napětí je 3 V. Jsou odolné vůči kolísání teploty, a mají i vysokou hustotu energie - až 270 Wh/kg. Díky tomu lithiové baterie AA uchovávají téměř třikrát více energie než odpovídající alkalické baterie AA. Používají se např. v domácích spotřebičích -hodinách, kamerách, fotoaparátech, a také v počítačích. Energii udrží ještě déle, až 10 let.

Rodina lithiových baterií zahrnuje mnoho podtypů, které spojuje použití lithia nebo jeho sloučenin jako anody. Mezi sloučeniny používané jako katodový materiál patří mimo jiné oxid manganičitý, thionylchlorid, oxid siřičitý, jod, chroman stříbrný a další. Tento typ baterií může produkovat napětí od 1,5 V do 3,7 V - v závislosti na použitých chemikáliích.

Lithium-manganové baterie mají neobyčejně dlouhou životnost, takže se často používají k napájení zařízení, která vyžadují dlouhou životnost, jako jsou například kardiostimulátory, sluchové implantáty, hodinky, udržování konfigurace paměti v elektronických zařízeních atd. Nepochybnými výhodami jsou také odolnost proti vybití vysokým proudem a široký rozsah provozních teplot (až od -40 do +65 °C).

Baterie tohoto typu byly kdysi velmi drahé, a proto se používaly zřídka. V dnešní době se kromě vybavení vyžadujícího dlouhou dobu používání používají i v některých hračkách. Jedním z nejpopulárnějších typů lithiových baterií jsou tzv. knoflíkové baterie, běžně nazývané „ploché baterie 3 V“. Za své jméno vděčí vzhledu připomínajícímu knoflík a malým rozměrům. Komerčně dostupné jsou i jiné druhy těchto baterií, ale vzhledem k dosti vysoké ceně ve srovnání s alkalickými jsou používány méně.

Baterie vyrobené na základě tohoto typu článků mají z důvodu vysoké životnosti často pájecí vývody, které se používají k připájení k desce. V praxi, pokud použijeme takovou baterii k napájení statické paměti CMOS RAM nebo hodinového systému RTC, můžeme se těšit z několika let provozu bez nutnosti výměny.

Podívejte se na nejpopulárnější lithiové články v nabídce TME!


Stříbrné baterie

Jmenovité napětí stříbrných článků je 1,55 V. Katoda v tomto článku je vyrobena z oxidu stříbra a anoda ze zinku. Roli elektrolytu plní roztok hydroxidu draselného. Stříbrné baterie byly vynalezeny na konci devatenáctého století, ale hromadná výroba začala až v šedesátých letech století dvacátého. Velmi často jsou označovány jako stříbro-oxidové nebo stříbro-zinkové baterie.

Stříbrné baterie mají stabilní výstupní napětí a plochou vybíjecí charakteristiku. Napětí na svorkách článku po jeho vybití velmi rychle klesá. Teoretická hustota energie je 130... 150 Wh/kg. Stříbrné baterie jsou určeny pro použití v zařízeních citlivých na změnu napájecího napětí, vyžadujících jeho stabilitu, například v měřicích přístrojích.

Životnost stříbrné baterie je asi 2 roky. Mezi její závažné nevýhody patří skutečnost, že zinek v alkalickém elektrolytu koroduje, což baterii ničí. Je třeba mít na paměti, že obvykle po asi 5 letech ztrácejí těsnost a představují hrozbu pro životní prostředí.

Podívejte se na nejpopulárnější stříbrné články v nabídce TME!


Označení a rozměry populárních baterií

Níže představujeme a probíráme označení a rozměry nejpopulárnějších baterií dostupných na trhu:

AA baterie (tužková)

„AA“ baterie, běžně nazývané „tužkové“ " , jsou alternativně označovány R6 v normální a LR6 v alkalické verzi. Baterie „AA“ má 14 mm v průměru a 50 mm na výšku. Její jmenovité napětí je 1,5 V. V současné době nabízené baterie typu AA mají kapacitu od 1600 až po přibližně 2500 mAh.

Baterie AAA (mikrotužkové)

Baterie typu AAA, které jsou menší verzí tužkových, jsou stejně populární a nesou označení R03 v běžné verzi a LR03 ve verzi alkalické. Mají stejné napětí jako „AA“. Rozměry baterie „AAA“ mají průměr 10 mm a výšku 44 mm. Mají také menší kapacitu - od 800 mAh do přibližně 1200 mAh.

 

LR61, R14, R20 a další

Další variantou ještě menších tužkových jsou alkalické baterie LR61. Jejich rozměry jsou 8,3 mm v průměru a 42,5 mm na výšku. Jmenovité napětí je 1,5 V a kapacita až 650 mAh. Pokud je potřeba kapacita větší, je třeba použít válcové baterie s označením R14 nebo větší - R20. Rozměry baterie R14 jsou 23 mm v průměru a 50 mm na výšku. Její kapacita může být až 8000 mAh. Největší z populárních válcových baterií je R20. Rozměry baterie R20 jsou 33 mm v průměru a 58 mm na výšku. Její kapacita dosahuje až 21 000 mAh.

Baterie s jiným napětím než 1,5 V vznikají sériovým zapojením článků. Například tzv. plochá baterie jsou 3 články R10 zapojené do série. Jiné, jako například oblíbená 9-voltová baterie 6F22, jsou 6 článků F22 zapojených do série s rozměry 25 mm × 15 mm × 8 mm, uzavřené v jediném pravoúhlém krytu.

Výše uvedenou kapacitu baterie je třeba považovat za orientační, protože neustálý technologický pokrok a ohromná poptávka po účinných zdrojích energie znamenají, že tyto výrobky se neustále vyvíjejí a jejich parametry se mění. Rozměry a označení typů populárních zinko-uhlíkových a alkalických baterií jsou uvedeny v následující tabulce.

Označení baterie Rozměry baterie Jmenovité napětí baterie
ANSI IEC NEDA Ostatní [mm] [V]
ANSI IEC NEDA Inne [mm] [V]
N R1 910A - L=30,2 mm; D=12 mm 1,5 V
AAAA LR61 25A MN2500 L=42 mm; D=8 mm 1,5 V
AAA R03 24A MN2400, AM4, UM4, HP16 L=44,5 mm; D=10,5 mm 1,5 V
AAAL - - - L=50 mm; D=10,5 mm 1,5 V
AA R6 15A MN1500, AM3, UM3, HP7 L=50 mm; D=14,2 mm 1,5 V
- R10 - - L=34 mm; D=21 mm 1,5 V
- 2R10 - - L=68 mm; D=21 mm 3 V
C R14 14A UM2, MN1400, HP11 L=50 mm; D=23 mm 1,5 V
D R20 13A MN1300, UM1, HP2 L=58 mm; D=33 mm 1,5 V
F - - - L=87 mm; D=32 mm 1,5 V
J - - - L=150 mm; D=2 mm 1,5 V
- 3R12 - GP312S, plochá baterie Kvádr 67 mm × 22 mm × 67 mm 4,5 V
- - - lantern, 996 Kvádr 68 mm×115 mm×68 mm 6 V
PP3 6LR61, 6F22, 6R61 1604A MN1604, block Kvádr 48 mm×25 mm×15 mm 9 V
- 6F25 - - Kvádr 48 mm×25 mm×25 mm 9 V
PP9 6F100 1603 - Kvádr 51,6 mm×65,1 mm×80,2 mm 9 V
- 4R25X 908 MN908 Kvádr 110 mm×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4R25 915A - Kvádr 110 mm ×67,7 mm×67,7 mm 6 V
- 4LR25-2 918A MN918 Kvádr 127 mm×136,5 mm×73 mm 6 V
- - - PC926 Kvádr 127 mm×136,5 mm×73 mm 12 V

Označení lithiových knoflíkových baterií nevyžaduje učení se jejich parametrům, protože všechny mají jmenovité napětí 3 V, zatímco rozměry jsou kódovány v označení baterie následovně: CR<2 číslice, průměr v mm><2 číslice, tloušťka - hodnota × 0,1 mm>. Například čísla v symbolu pro oblíbenou baterii CR2032 znamenají průměr 20 mm a tloušťku 3,2 mm.

Výše uvedené tvrzení se bohužel vztahuje pouze na populární typy lithium-manganových baterií se jmenovitým napětím 3V. U knoflíkových baterií jsou dostupné i stříbrné baterie, které jsou označovány odlišně.

Jaký je rozdíl mezi bateriemi a dobíjecími bateriemi?

Stručně řečeno, baterie je článek na jedno použití, který se po vyčerpání elektřiny v něm nahromaděné stane zbytečným, protože jej nelze dobít (tj. znovu do něj dostat elektrickou energii). Jejich opakem jsou baterie dobíjecí, tj. články se životností od několika stovek po několik tisíc cyklů nabití - vybití.

Stručné shrnutí nejdůležitějších informací o bateriích

V tomto krátkém článku jsou popsány pouze nejpopulárnější typy zinko-uhlíkových, alkalických a lithium-manganových baterií. Není možné shrnout 150 let vývoje technologií a experimentování s různými látkami. Proto jsme téměř vynechali již skoro nevídané rtuťové baterie, které jsou stahovány kvůli obsahu látek ohrožujících životní prostředí, a další, méně populární pro každodenním používání, jako jsou zinkovo-vzduchové nebo stříbrné baterie.

Nakonec poznámku, která se vztahuje na všechny typy jednorázových článků. Přes různé pokusy mnoha lidí nejsou jednorázové články vhodné k regeneraci a nesmí se nabíjet! Chemické procesy probíhající v elektrolytu nelze zvrátit nabíjením, a plyn uvolňovaný během průtoku elektrického proudu může způsobit roztržení a explozi článku.


Bibliografie:

  • mlodytechnik.pl/eksperymenty-i-zadania-szkolne/chemia/4695-ogniwa-uzywane-wspolczesnie
  • www.energizer.eu/pl/battery-history/
  • pl.wikipedia.org/wiki/Bateria_ogniw
  • telefix.ugu.pl/baterie.htm

rightColumnPicture

TAKÉ SI PŘEČTĚTE